非线性F-P装置的动态响应特性|非线性光学与光子学

以上公式均是在稳态情况下得到的，亦即假设了入射光信号是连续波或光强慢变化的激光束。在这种情况下，非线性光学双稳态装置的行为，只是依赖于瞬时入射激光束的强度，然而，在实践中，通常的入射光信号是具有一定时间宽度的激光脉冲。在这种情况下，非线性F-P装置的动态响应行为可能表现出更为复杂的形态。一般来说，应考虑会影响到非线性装置动态响应行为的几个参数：

（1）入射光信号的特征变化时间，通常定义为入射激光脉冲的时间宽度Δt0。

（2）腔累积时间，它被定义为

式中，τ0为腔内单次往返时间，τc的物理意义是腔内光子的平均寿命，它由空腔长度L、镜面反射率R以及腔内介质的线性衰减系数α0所决定。

（3）诱导折射率变化的特征时间，5.6.4节曾引入两个特征时间用来描述非线性介质感应折射率变化（Δn）的时间行为，亦即Δn的上升时间τrise和下降（弛豫）时间τrelax。前者是用于描述在超短激光脉冲作用下折射率变化会多快发生，而后者则是描述在激光脉冲终止后Δn还可以持续多久才会消失。众所周知，以上两个特征时间值，会随着产生折射率变化主导物理机制的不同，而有数量级上的区别。

双稳态F-P装置的稳态工作条件可以表示为

在这种情况下，从式（11-1）到式（11-10）的所有公式均有效，而光强I0（t），It（t），Ii（t）与透射率T（t）等均可视为时间t的瞬时函数。例如，式（11-6）可以重写为(www.xing528.com)

知道了F，R，δ0，γ等值后，可以用这个方程来计算与给定入射脉冲相对应的透射光脉冲。

作为对比，如果入射光脉冲宽度满足条件：

则所考虑的F-P装置将处于瞬态工作条件。此时，所有前述稳态双稳行为与相关公式不再适用。其主要原因，是介质折射率变化Δn（t）不再单纯依赖于腔内瞬时光强Ii（t），而是决定于函数Ii（t-t'）相对于变量t'的复杂积分；这里具体的积分函数形式则决定于主导折射率变化的物理机制和其他工作条件。

在许多光学双稳态的实验研究中，实际的工作条件可能处于稳态和瞬态之间的情况，这样会使得对观察结果的理论分析往往更加困难。尽管如此，一种与式（11-1）在形式上相似的如下公式可适用于工作在任意状态下的非线性F-P装置：

式中，Δφ（t）是单次往返引起的感应相位变化，而Δn（t）是腔内介质折射率随时间的变化。一般来讲，很难去预测这两种变化的具体函数形式，但在实验上很容易同时测量I0（t）与It（t）随时间的变化，从而可反过来间接确定Δφ（t）与Δn（t）随时间变化的函数形式。